[发明专利]一种电磁波汇聚元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁波汇聚元件。

背景技术

超材料是一种新型材料，是由非金属材料制成的基材和附着在基材表面上或嵌入在基材内部的多个人造微结构构成的。基材可以虚拟地划分为矩形阵列排布的多个方形基材单元，每个基材单元上附着有人造微结构从而形成一个超材料单元，整个超材料即是由数十万、百万甚至上亿的这样的超材料单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的。每个超材料单元上的人造微结构相同或者不完全相同。人造微结构是组成一定几何图形的圆柱形或扁平状金属丝，例如组成圆环形、“工”形的金属丝等。

由于人造微结构的存在，每个超材料单元具有不同于基材本身的等效介电常数和等效磁导率，因此所有的超材料单元构成的超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；同时，对人造微结构设计不同的具体结构和形状，可改变其单元的等效介电常数和等效磁导率，进而改变整个超材料的响应特性。

像透镜能汇聚平行光一样，人们也在寻找能够将平面电磁波汇拢甚至汇聚到一点上的元件，使能量集中，提高效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种集中能量、提高效率的电磁波汇聚元件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电磁波汇聚元件，一种电磁波汇聚元件，所述电磁波汇聚元件呈球形，所述电磁波汇聚元件由多个相互平行的超材料平板叠加组成，每一超材料平板包括片状的基材以及设置在基材上的人造微结构，所述电磁波汇聚元件相同极半径处的折射率相同，并且折射率随着极半径的增大逐渐减小，所述电磁波汇聚元件的中心位置设置有空腔。

进一步地，所述超材料平板还包括覆盖人造微结构的填充层。

进一步地，每一超材料平板划分为多个相同的超材料单元，每一超材料单元由一个人造微结构、单元基材及单元填充层构成。

进一步地，每一超材料平板在厚度方向上只有一个超材料单元。

进一步地，每一超材料单元的长、宽、高几何尺寸不大于入射电磁波波长的五分之一。

进一步地，每一超材料单元的长、宽、高几何尺寸为入射电磁波波长的十分之一。

进一步地，所述人造微结构为由金属线构成的金属微结构。

进一步地，所述人造微结构为铜线或银线。

进一步地，所述人造微结构为平面雪花状的金属微结构。

进一步地，所有超材料平板上的金属微结构形状相同，所述电磁波汇聚元件上相同极半径处的多个金属微结构具有相同的几何尺寸，且随着极半径的增大金属微结构的几何尺寸逐渐减小。

根据本发明电磁波汇聚元件，入射电磁波不管从哪个方向入射，均会向电磁波汇聚元件的中心位置汇聚，这样在中心位置的空腔中放置有效载荷，例如光电二极管，就能实现高密度的光能接收。

附图说明

图1是本发明的电磁波汇聚元件过球心的剖面图；

图2是本发明一种形式的超材料单元的透视示意图；

图3为超材料平板的侧视图；

图4为超材料平板的正视图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明的电磁波汇聚元件100呈球形，所述电磁波汇聚元件100由多个相互平行的超材料平板10叠加组成，每一超材料平板10包括片状的基材11以及设置在基材11上的多个人造微结构12，所述电磁波汇聚元件100上相同极半径处的折射率相同，并且折射率随着极半径的增大逐渐减小，所述电磁波汇聚元件的中心位置设置有空腔200。空腔200可以是图1的方形，也可是圆形，其形状与体积与放置在其中的有效载荷相适应。例如方形的太阳能板，则空腔也只能是方形。空腔200是由多片超材料平板10中挖孔整体形成。图1中在中间两块超材料平板10上挖孔形成空腔200。为了制作工艺的简单化，如图1及图4所示，本发明的超材料平板10为圆柱状，多个圆柱状的超材料平板10紧密贴合形成一个近似的球体。为了更加美观，可以在近似的球体周边加入填充物300(图中画剖面线的部分)，以使得电磁波汇聚元件100形成一个标准的球形。填充物300的材料可以与基材相同，也可以是介电常数接近空气的其它介质材料。应当注意的是，图1是示意性画出了18层超材料平板10，但是根据不同的精度可以有更多的超材料平板10，超材料平板10层数越多，则电磁波汇聚元件100的精度越高，即在极半径的方向，折射的变化更为的连续(间隔小)。图1虽然剖视图，但是为了区分填充物300与超材料平板10，超材料平板10并未画剖面线。